【文/米磊】

光刻机的全球产业链格局

光刻技术是使微电子和纳米电子器件在过去半个世纪中不断微缩的基础技术之一，光刻制造是晶圆制造最关键、最复杂和时间占比最高的环节。

目前，全球光刻机已由荷兰ASML、日本尼康和佳能公司完全垄断。据芯思想研究院（ChipInsights）数据，2020年上述三家公司半导体用光刻机出货413台，较2019年的359台增加54台，涨幅为15%。其中，ASML公司出货258台，占比62.47%；尼康公司出货31台，占比7.51%；佳能公司出货122台，占比29.54%。

据估算，光刻机约占晶圆制造设备投资额的23%，再加上光刻工艺步骤中的光刻胶、光刻气体、光罩（光掩膜版）、涂胶显影设备等诸多配套设施和材料投资，整个光刻工艺占芯片成本的30%左右。

区别于晶圆制造其他工艺，光刻机组件及配套设施复杂，形成了自身的产业链。光刻机的制造研发并不是某一个企业能够单独完成的，光刻作为晶圆制造过程中最复杂、最重要的步骤，主要体现在光刻产业链高端复杂，需要很多顶尖的企业相互配合才可以完成。

ASML光刻机/资料图

光刻产业链主要体现为两点：一是作为光刻核心设备的光刻机组件复杂，包括光源、镜头、激光器、工作台等在内的组件技术往往只被全球少数几家公司掌握；二是与光刻机配套的光刻胶、光刻气体、光罩（光掩膜版）等半导体材料和涂胶显影设备同样拥有较高的科技含量。

伴随着工艺与设备的双重突破，光刻设备成为推动摩尔定律的核心设备。光刻机已经历经五代发展。随着制程精度提升，光刻机复杂程度提高，ASML（阿斯麦尔）公司贯通光刻产业链，完全垄断了10纳米以下的工艺。

以ASML的EUV（极紫外）光刻机为例，7纳米制程的EUV光刻机内部共有10万个零件，90%的关键设备来自外国而非荷兰本国。ASML作为整机公司，实质上只负责光刻机设计与各模块集成，需要全而精的上游产业链作为坚实的支撑。纵观ASML的5 000多个供应商，其中与产品相关的供应商提供直接用于生产光刻系统的材料、设备、零部件和工具，此类别包括790家供应商，采购和运营支出占ASML总开支的66%。

在10纳米节点以下，ASML稳稳占据100%的市场，佳能和尼康等同业竞争对手已无力追赶。如果芯片制造商想要生产10纳米节点以下的芯片，必须得有ASML供应的EUV光刻机及相应的支持服务。

欧洲微电子研究中心（IMEC）宣布了3纳米及以下光刻工艺的技术细节，并表明ASML公司已经明确了3纳米、2纳米、1.5纳米、1纳米甚至1纳米以下的芯片制程技术路线图。而日本、美国等国的许多半导体公司出于成本考虑，已经停止了光刻工艺小型化的研究。IMEC和ASML的合作或将进一步推动超精细芯片制程的研发，延续“摩尔定律”。

美日推动半导体产业链回流，应对缺芯困境

受疫情和芯片供应短缺影响，美国、日本希望推动半导体产业链回流，以改变半导体制造“空心化”的局面，拟加大对半导体行业的投资，其中包括对半导体生产设备进行投资、吸引先进半导体制造商前往建厂。同时，半导体厂商展开新一轮的并购以增强自身实力。作为先进芯片制造中必不可缺的设备，光刻机的需求势必保持长期的增长。

2020年，受新冠肺炎疫情影响，美国国防部认识到国防产业供应链的脆弱，开始制定一项“微电子回流战略”，旨在通过公私合作等方式，将微电子制造、组装和测试产业从亚洲转移至美国，以解除对微电子产品供应链安全的担忧。

2020年5月，美国白宫与英特尔、台积电进行谈判，成功说服这两家公司在美国本土新建芯片制造厂。

今年9月，美国商务部召开半导体高峰会，以提高芯片“供应链透明度”为由，要求台积电、三星等半导体企业在45天内交出被视为商业机密的库存量、订单、销售纪录等数据。

2021年2月，美国总统拜登签署一项行政命令，要求美国政府对半导体芯片、电动汽车大容量电池、稀土矿产和药品四种关键产品的供应链进行为期100天的审查。

2021年4月，美国拜登政府公布了一项2万亿美元的基础设施投资计划，涉及芯片供应链的投资规模达到500亿美元。

2021年4月，美国白宫召开线上峰会以商讨如何应对芯片短缺的困境，与会者包括三星、英特尔、台积电和谷歌等公司。拜登称，加强美国半导体产业和供应链韧性是美国两党的共识，已有23名参议员和42名众议员来信支持美国的《为芯片生产创造有益的激励措施法案》（CHIPS），以应对中国等其他国家的快速发展，消除美国在研发和制造方面的局限性。

芯片短缺的现状虽与美国供应链对亚洲的依赖并不直接相关，却掀起了一轮有关芯片制造回流美国的广泛讨论，并赢得美国国会内部对于深度投资美国本土半导体制造环节的有力支持。

2020年4月，日本政府召开经济增长战略会议，针对全球半导体供应不足问题，讨论国内投资支持措施，以确保国内稳定供应。日本拥有全球最多的半导体工厂，但生产的一大半都是用途广泛的产品，没有附加价值高的尖端半导体制造能力。政府对逾六成国内半导体需求依赖进口的现状表示担忧。

日本官房长官加藤胜信表示，“将促进研发和投资，力图构筑切实的供应体制”。4月，美日两国首脑召开会议，确认建立分散型供应链的重要性，讨论了构建生产基地不偏重于地缘政治风险高的中国台湾和与美国对立加深的中国大陆等特定地区的体制。